Crecimiento y descomposición simultáneos en extremos opuestos de un filamento de proteína.
Mecanismo de actina en cinta rodante. Esta figura supone que la concentración crítica en el extremo positivo es menor que la concentración crítica en el extremo negativo y que la concentración de la subunidad citosólica está entre las concentraciones críticas del extremo positivo y negativo.
En biología molecular , la caminadora es un fenómeno observado dentro de los filamentos proteicos del citoesqueleto de muchas células , especialmente en los filamentos de actina y los microtúbulos . Ocurre cuando un extremo de un filamento crece en longitud mientras que el otro extremo se encoge, lo que da como resultado una sección de filamento que aparentemente se "mueve" a través de un estrato o el citosol . Esto se debe a la eliminación constante de las subunidades proteicas de estos filamentos en un extremo del filamento, mientras que en el otro extremo se añaden constantemente subunidades proteicas. [1] La cinta rodante fue descubierta por Wegner, [2] quien definió las restricciones termodinámicas y cinéticas . Wegner reconoció que: “La constante de equilibrio (K) para la asociación de un monómero con un polímero es la misma en ambos extremos, ya que la adición de un monómero en cada extremo conduce al mismo polímero”; un polímero reversible simple no puede funcionar en una cinta de correr; Se requiere hidrólisis de ATP . El GTP se hidroliza para la cinta rodante de microtúbulos.
Proceso detallado
Dinámica del filamento
El citoesqueleto es una parte muy dinámica de una célula y los filamentos del citoesqueleto crecen y se contraen constantemente mediante la adición y eliminación de subunidades. El movimiento de arrastre dirigido de células como los macrófagos se basa en el crecimiento dirigido de filamentos de actina en el frente celular ( borde de ataque ).
Microfilamentos
Los dos extremos de un filamento de actina difieren en su dinámica de adición y eliminación de subunidades. Por eso se denominan extremo positivo (con una dinámica más rápida, también llamado extremo con púas) y extremo negativo (con una dinámica más lenta, también llamado extremo puntiagudo). [3] Esta diferencia resulta del hecho de que la adición de subunidades en el extremo negativo requiere un cambio conformacional de las subunidades. [4] Tenga en cuenta que cada subunidad es estructuralmente polar y tiene que unirse al filamento en una orientación particular. [5] Como consecuencia, los filamentos de actina también son estructuralmente polares.
El alargamiento del filamento de actina se produce cuando la actina libre (actina G) unida al ATP se asocia con el filamento. En condiciones fisiológicas, la actina G se asocia más fácilmente en el extremo positivo del filamento y más difícil en el extremo negativo. [6] Sin embargo, es posible alargar el filamento en cualquiera de los extremos. La asociación de actina G a actina F está regulada por la concentración crítica que se describe a continuación. La polimerización de actina puede regularse aún más mediante profilina y cofilina . [6] La cofilina funciona uniéndose a la ADP-actina en el extremo negativo del filamento, desestabilizándolo e induciendo la despolimerización. La profilina induce la unión del ATP a la actina G para que pueda incorporarse al extremo positivo del filamento.
microtúbulos
Existen dos teorías principales sobre el movimiento de los microtúbulos dentro de la célula: la inestabilidad dinámica y la cinta rodante. [7] La inestabilidad dinámica ocurre cuando el microtúbulo se ensambla y desmonta en un solo extremo, mientras que la inestabilidad dinámica ocurre cuando un extremo se polimeriza mientras el otro extremo se desmonta.
Concentración crítica
La concentración crítica es la concentración de actina G (actina) o del complejo alfa,betatubulina (microtúbulos) en la que el extremo permanecerá en un estado de equilibrio sin crecimiento ni contracción netos. [6] Lo que determina si los extremos crecen o se encogen depende completamente de la concentración citosólica de subunidades de monómero disponibles en el área circundante. [8] La concentración crítica difiere del extremo positivo (C C + ) y negativo (C C − ), y en condiciones fisiológicas normales, la concentración crítica es menor en el extremo positivo que en el extremo negativo. A continuación se muestran ejemplos de cómo se relaciona la concentración citosólica con la concentración crítica y la polimerización:
Una concentración citosólica de subunidades por encima de los extremos C C + y C C − da como resultado la adición de subunidades en ambos extremos.
Una concentración citosólica de subunidades debajo de los extremos C C + y C C − da como resultado la eliminación de subunidades en ambos extremos.
Tenga en cuenta que la concentración citosólica de la subunidad del monómero entre los extremos C C + y C C − es lo que se define como una cinta rodante en la que hay crecimiento en el extremo positivo y contracción en el extremo negativo.
La célula intenta mantener una concentración de subunidades entre las constantes de disociación en los extremos positivo y negativo del polímero.
Cinta de correr de microtúbulos
Los microtúbulos formados a partir de tubulina pura sufren absorción y pérdida de subunidades en los extremos tanto por intercambio aleatorio de difusión como por un elemento direccional (en cinta rodante) [9] . La cinta rodante es ineficaz y, para los microtúbulos en estado estacionario: el valor s de Wegner 1 (el recíproco del número de eventos moleculares necesarios para la absorción neta de una subunidad) es igual a 0,0005-0,001; es decir, requiere >1000 eventos. [10] La carrera de microtúbulos con tubulina pura también ocurre con los microtúbulos en crecimiento [11] y se ve reforzada por proteínas que se unen a los extremos 11 . En las células se produce una carrera rápida. [12] [13] [14]
cinta de correr ftsz
El homólogo bacteriano de tubulina FtsZ es uno de los polímeros para cintas rodantes mejor documentados. FtsZ se ensambla en protofilamentos que tienen una subunidad de espesor, que pueden asociarse aún más en pequeños parches de protofilamentos paralelos. Se ha demostrado que filamentos individuales y/o parches funcionan en cinta rodante in vitro [15] [16] y dentro de células bacterianas. [17] [18] Se ha diseñado un modelo Monte Carlo de cinta rodante FtsZ, basado en un cambio conformacional de subunidades tras la polimerización y la hidrólisis de GTP. [19]
Referencias
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